* Điện cực bị nóng chảy bởi xỉ nóng chảy ở nhiệt độ cao, dẫn tới sự gia tăng khoảng cách giữa các điện cực h .эл
Xét trong điều kiện đồng đều về các tham số như: điện áp, thành phần hóa học của xỉ, số lượng xỉ, tiết diện điện cực v.v…khi cường độ dòng điện qua điện cực tăng thì tốc độ tan chảy của nó tăng lên, và do đó hiệu suất của quá trình tăng lên. Diễn ra sự giảm sút khoảng cách giữa các điện cực, dẫn tới thay đổi hệ số khuyếch đại của lò điện xỉ và thay đổi điều kiện làm việc của bộ điều chỉnh dòng điện.
* Sự giảm chiều dài của điện cực
Khi tinh luyện bằng điện xỉ, trong thời gian diễn ra toàn bộ quá trình nóng chảy, các thông số điện của mạch trong lò thay đổi do sự thay đổi chiều dài của điện cực là điện trở vốn chiếm phần lớn giá trị tổng trở của mạch trong lò. Do sự tan chảy của điện cực và rút ngắn chiều dài của nó nên các giá trị rк.с và xк.с giảm, hệ số công suất cosϕ tăng lên, công suất tiêu thụ Pпотр
tăng, công suất hao phí thực Pa và công suất phản kháng, dẫn tới công suất có ích Pпол và điện áp trên lớp xỉ Uшл tăng lên. Ví dụ, khi nấu chảy điện cực mác ЭИ 787 có độ dài 4,8 m, đường kính 200 mm thì điện trở của mạch điện trong lò thay đổi 17% theo r và 25% theo x.
* Sự dao động điện áp nguồn cấp
Những dao động điện áp của lưới điện trong một phạm vi rộng (+ 13%) dẫn tới sự thay đổi công suất Pшл cấp vào lớp xỉ, dẫn tới sự thay đổi vị trí của điện cực trong lớp xỉ hэл (khi điều khiển quá trình tinh luyện bằng lò điện xỉ theo cường độ dòng điện), dẫn tới sự thay đổi hệ số khuyếch đại Ky của lò.
Khi điện áp lưới nguồn tăng cao thì công suất của lớp xỉ Pшл tăng lên, tốc độ tan chảy của điện cực vпл tăng lên, độ ngập của đầu điện cực trong lớp xỉ
э
h giảm. Cùng với sự giảm xuống của điện áp các thông số của lớp xỉ thay đổi theo hướng ngược lại. Tất cả điều này dẫn tới sự không ổn định của chế độ nhiệt trong lớp xỉ, dẫn tới sự thay đổi các thành phần cân bằng nhiệt của lớp xỉ và giảm sút chất lượng của kim loại nấu chảy. Sự thay đổi chế độ nhiệt độ của lớp xỉ có tác động không tốt tới độ sâu và hình dáng của lớp kim loại, và do đó, ảnh hưởng tới chất lượng kim loại của mẻ liệu.
* Sự xuất hiện của các điểm cực đại trên đường cong dòng điện của điện cực do các giọt tách khỏi đầu điện cực
Kim loại của điện cực tan chảy trong quá trình tinh luyện bằng điện xỉ được chuyển qua lớp xỉ dưới dạng các giọt kim loại lỏng, dẫn tới sự xuất hiện các đỉnh cực đại trên đường cong biểu diễn dòng điện của lò.
Biên độ và tần số các đỉnh cực đại của dòng điện phụ thuộc vào tần số bứt ra của các giọt kim loại lỏng, kích thước trung bình của chúng và độ lớn của khoảng cách giữa các điện cực. Tần số bứt ra trung bình của các giọt kim loại lỏng, tức là tần số đỉnh cực đại, thay đổi trong giới hạn rộng – từ 2 tới 15 Hz (trong các lò công suất trung bình) và phụ thuộc vào hiệu suất của quá trình, còn biên độ của đỉnh dòng điện cực đại ở các giá trị hэлnhỏ, khi mà giọt kim lọai làm sun khoảng giữa điện cực, đạt tới 300-600A.
nhiên sự tồn tại của các đỉnh dòng điện cực đại ở điện cực làm hạn chế tốc độ đáp ứng của bộ tự động điều chỉnh cường độ dòng điện của lò điện xỉ.
* Sự thay đổi thành phần của xỉ về mặt định lượng và hóa học trong quá trình nấu chảy dẫn đến thay đổi điện trở của lớp xỉ.
Trong quá trình tinh luyện bằng điện xỉ diễn ra sự giảm sút lượng xỉ trong lớp xỉ, bởi vì một phần xỉ bị tiêu hao để tạo thành lớp xỉ muội (xung quanh thỏi liệu). Các lớp kết tinh của lò điện xỉ công nghiệp có dạng côn tới 1,5-2%, vì vậy chiều cao tổng thể của lớp xỉ gần như không đổi trong suốt quá trình nấu chảy. Tuy nhiên, nhiệt lượng cấp cho lớp xỉ tỏa ra trong khối xỉ với thể tích giảm dần, do đó làm thay đổi các thành phần cân bằng nhiệt của lớp xỉ (theo số liệu của các nhà máy, hao phí xỉ cho tạo ra lớp xỉ muội chiếm khoảng 6-8% khối lượng xỉ ban đầu). Lúc này do sự bốc hơi có chọn lọc của các thành phần, kết tinh chọn lọc khi tạo lớp xỉ muội, nên thành phần hóa học của xỉ và điện trở riêng của nó cũng thay đổi.
3. Phân tính ảnh hưởng các tham sốđiều khiển tới quá trình tinh luyện
Ta sẽ phân tích sự ảnh hưởng của từng tham số trong quá trình tinh luyện bằng điện xỉ tới hành trình của các quá trình luyện kim, hình dáng và chiều sâu của lớp kim loại.
3.1. Ổn định dòng điện bằng cách di chuyển điện cực
Theo nguyên lý này cũng đã xây dựng được các hệ thống điều khiển quá trình tinh luyện bằng điện xỉ. Sự thay đổi các thông số của quá trình tinh luyện bằng điện xỉ khi giữ dòng diện Iэл không đổi được biểu diễn trên hình 3.6. Từ các đồ thị ta thấy rằng, trong quá trình nấu chảy do sự thay đổi các thông số của mạch, sự giảm sút số lượng xỉ, sự tích lũy nhiệt năng trong thỏi liệu mà các giá trị Pшл, Uшл, Rшл, vэл tăng lên và ∆hэл giảm đi. Tốc độ đưa thỏi liệu vào tăng lên từ lúc bắt đầu cho tới khi kết thúc nấu chảy hình dáng
và chiều sâu của lớp kim loại thay đổi và điều kiện kết tinh thỏi liệu cũng thay đổi, đầu cuối của điện cực thoát ra khỏi bề mặt lớp xỉ.
Hình 3.6. Sự thay đổi các thông số của quá trình tinh luyện bằng điện xỉ khi giữ I không эл đổi.
3.2. Ổn định điện áp Uшл trong lớp xỉ bằng cách dịch chuyển điện cực
Theo mức độ tan chảy của điện cực và sự suy giảm hao phí trong đó, các giá trị Pшл, Iэл tăng lên, còn Rшл và hэл giảm xuống, điều này tất nhiên dẫn tới sự gia tăng đột ngột tốc độ tan chảy của điện cực và tốc độ cấp điện cực tới đầu cuối của nấu chảy. Sự bất ổn định của tốc độ tan chảy điện cực
эл
v và sự thay đổi hэл dẫn tới sự gia tăng tốc độ nấu chảy thỏi liệu, tới sự thay đổi chiều sâu và hình dáng của lớp kim loại, tức là dẫn tới sự không ổn định về mặt chất lượng kim loại của mẻ liệu.
Hình 3.7. Sự thay đổi các thông số của quá trình tinh luyện bằng điện xỉ khi giữđiện áp U không шл đổi.
3.3. Ổn định công suất Pшл bằng cách dịch chuyển điện cực
Cùng với sự gia tăng điện áp lớp xỉ Uшл theo mức độ tan chảy của điện cực, cường độ dòng điện chạy qua điện cực Iэл giảm xuống, làm cho Rшл và
эл
h tăng lên. Điều này dẫn đến sự thay đổi cấu trúc điện trường và sự phân bố nhiệt độ trong xỉ và làm giảm tốc độ tan chảy của điện cực cho đến lúc kết thúc nóng chảy. Ngoài ra, do hэ giảm xuống đáng kể nên kim loại tan chảy
tiếp xúc với không khí, kết quả là làm lẫn tạp chất kim loại của mẻ liệu.
3.4. Ổn định điện trở của lớp xỉ Rшл bằng cách di chuyển điện cực
Bằng cách di chuyển điện cực khoảng cách giữa điện cực không phải là đại lượng không đổi do những nguyên nhân nêu ở trên. Ngoài ra, sự gia tăng
шл
U do sự tan chảy của điện cực dẫn tới Iэл tăng lên, điều này tạo ra sự gia tăng tốc độ nóng chảy của điện cực vэл và sự không ổn định về mặt chất lượng của kim loại.
Hình 3.9. Sự thay đổi các thông số của quá trình tinh luyện bằng điện xỉ khi giữđiện áp R không шл đổi.
Từ việc phân tích các chế độ điện cho thấy quá trình điều khiển, ổn định theo một tham số bất kỳ bằng cách dịch chuyển điện cực để ổn định tốc độ dịch chuyển điện cực đã cho với khoảng cách giữa điện cực là không thể thực hiện được. Cần phải có chế độ điều chỉnh bổ sung, cho phép thực hiện hiệu chỉnh chế độ điện theo hành trình nấu chảy.
Các tham số đơn giản và thuận tiện nhất cho điều chỉnh là cường độ dòng điện và điện áp lớp xỉ. Sự thay đổi các tham số của mạch thứ cấp theo hành trình nấu chảy có thể tính toán với độ chính xác tương đối lớn dựa trên các số liệu thống kê và thay đổi cường độ dòng điện của điện cực và điện áp sao cho chế độ nhiệt của lớp xỉ thay đổi tương ứng theo chương trình đã định. Lúc này sẽ đạt được tốc độ nấu chảy thỏi liệu nhất định vэл, và cả sự ổn định tương đối về độ lớn của khoảng giữa điện cực.
Chương trình nạp vào hệ thống tự động điều khiển cũng phải tính đến sự thay đổi các điều kiện làm mát thỏi liệu trong suốt quá trình (sự tích lũy trong thỏi liệu nhiệt năng, sự ảnh hưởng của bình kết tinh lúc bắt đầu nấu chảy, sự xuất hiện bọt khí v.v…). Nguyên lý điều chỉnh lò điện xỉ này cho phép bảo đảm vận tốc nấu chảy thỏi liệu đã định với hình dáng và chiều sâu lớp kim loại tối ưu và do đó thu được kim loại với chất lượng cao.
4. Giới thiệu một số bộđiều khiển thiết bịđiện xỉ 4.1. Bộđiều chỉnh dòng điện kiểu ОКБ-905
Một trong những bộ điều chỉnh đầu tiên được trang bị cho lò điện xỉ đơn cực kiểu ОКБ-905, đó là bộ điều chỉnh cường dộ dòng điện kiểu ОКБ, là bộ biến đổi РМД đã được cải tiến dùng cho các lò nấu thép bằng hồ quang, và các bộ điều chỉnh thiết kế chế tạo bởi Viện ИЭС mang tên E. O. Paton thuộc Viện hàn lâm Liên Xô dùng cho các lò kiểu P-951.
Trong bộ điều chỉnh cường độ dòng điện bằng cơ điện kiểu ОКБ (hình 3.10) điện áp tỷ lệ với dòng điện trong lò, được cấp cho mạch so sánh, tại đó
điện áp này được so sánh với điện áp chuẩn lấy từ chiết áp R1. Tại đầu ra của mạch so sánh có đặt các cuộn dây điều khiển của bộ khuyếch đại cơ điện (ЭМУ). Thao tác cài đặt dòng điện được thực hiện bằng biến áp tự ngẫu AT được mắc vào mạch máy biến dòng.
Hình 3.10. Sơđồ bộđiều chỉnh kiểu ОКБ.
Do độ nhạy thấp nên bộ điều chỉnh kiểu ОКБ không đáp ứng được độ ổn định cần thiết cho chế độ nấu chảy (miền chết +6%). Ngoài ra, quá trình điều chỉnh bể xỉ khi sử dụng bộ điều chỉnh này được tiến hành bằng tay; cũng không có khả năng sử dụng thiết bị lập trình sẵn theo cường độ dòng điện.
4.2. Bộđiều khiển sự dịch chuyển của điện cực БЭЭР của Mỹ
Bộ điều chỉnh БЭЭР của Mỹ bao gồm phần tử đo (cảm biến) ИЭ, khối điện tử ЭБ. Tại đầu vào cảm biến cấp điện áp lấy từ điện trở của tải RH tỷ lệ với cường độ dòng điện của lò (U1), và điện áp chuẩn (Uоп).
Sau khi chỉnh lưu và so sánh trên các điện trở R1 và R hiệu điện thế được cấp cho đầu vào khối điện tử.
Hình 3.11. Bộđiều chỉnh cơđiện tử tác động nhanh БЭЭР của Mỹ.
Bộ phận điện tử của bộ điều chỉnh bằng rơ-le có hai kênh giống nhau, mỗi kênh bao gồm tri-gơ TP1 (TP2), khuyếch đại điện tử ЭУ1 (ЭУ2) và mạch đầu ra, mà tải đầu âm là cuộn dây điều khiển ОУ1 (ОУ2) của bộ khuyếch đại cơ điện.
Để nâng cao độ ổn định của quá trình điều khiển bộ điều chỉnh được gắn với mạch hồi tiếp âm phi tuyến (RT) theo vận tốc quay của động cơ điều khiển sự dịch chuyển của điện cực. Ngoài ra, trong bộ điều chỉnh còn có mạch giới hạn dòng điện của động cơ điều khiển sự dịch chuyển của điện cực. Tín hiệu tỷ lệ với dòng điện trong phần ứng của động cơ được lấy từ điện trở R3, còn tín hiệu hồi tiếp theo vận tốc quay của động cơ được lấy từ điện trở R4 của mạch cầu cảm biến tốc độ.
Sự thay đổi thông số cài đặt cường độ dòng điện được thực hiện nhờ biến trở RO mắc vào trong mạch biến dòng của lò.
Miền chết của bộ điều chỉnh БЭЭР có giá trị là +3%, điều này cho phép điều chỉnh bể xỉ trong chế độ tự động và với độ chính xác cao giữ ổng định
4.3. Hệ thống tựđộng điều khiển cho lò điện xỉ kiểu P-951
Trên hình 3.12 biểu diễn sơ đồ khối của Hệ thống tự động điều khiển cho lò điện xỉ kiểu P-951
Hình 3.12. Sơđồ khối của hệ thống tựđộng điều khiển cho lò điện xỉ P-951
Bộ phận cài đặt thông số bằng chương trình 1; bộ điều chỉnh tự động 2, lò điện xỉ 3, điện cực di động 4. Điện áp tỷ lệ với dòng điện trong lò được lấy từ điện trở 5 và sau khi chỉnh lưu và là phẳng bằng bộ lọc LC 6, điện áp này cấp tới điện trở 7. Độ sụt điện áp trên điện trở này được cộng với điện áp chuẩn trên điện trở 8 lấy từ nguồn ổn áp.
Hiệu các tín hiệu đầu vào đã khuyếch đại được truyền tới bộ khuyếch đại đệm 9 và khuyếch đại công suất 10, có tải là các cuộn dây 11 và 12 của bộ khuyếch đại cơ điện 19. Khi cường độ dòng điện trong lò chênh lệch so với giá trị đã cho điện áp tại đầu ra của bộ khuyếch đại cơ điện bị thay đổi, trong đó dấu của điện áp phụ thuộc vào dấu của độ chênh lệch.
Động cơ 13 dịch chuyển điện cực 4 thông qua hộp số 20, giữ ổn định cường độ dòng điện của lò điện xỉ với độ chính xác đã định. Tại đầu ra của bộ điều chỉnh có lắp nối tiếp thiết bị hiệu chỉnh (điện trở 23, tụ điện 21). Bộ
khuyếch đại cơ điện được mắc trong sơ đồ hồi tiếp âm theo điện áp của động cơ (cuộn dây điều khiển 14, điện trở 15 và 16). Ngoài ra, bộ khuyếch đại cơ điện còn được mắc thêm đường hồi tiếp mềm (vi sai) theo điện áp (điện trở 16, tụ điện 17, tụ điện 18 và điện trở 22).
Việc thay đổi chương trình làm việc của bộ điều chỉnh cường độ dòng điện được thực hiện bằng động cơ đảo chiều 21 của thiết bị lập trình, động cơ này có tác dụng dịch chuyển con trượt của chiết áp 8, làm thay đổi mức chuẩn của bộ điều chỉnh 2.
4.4. Bộđiều chỉnh dòng điện bằng traritor
Chúng ta sẽ xem xét hoạt động của sơ đồ nguyên lý của bộ điều chỉnh cường độ dòng điện bằng traritor(hình 3.12). Hiệu điện thế tỷ lệ với độ chênh lệch dòng điện trong lò so với giá trị đã định, được cấp tới ba-zơ của các tran- si-tô đầu vào T6 và T7 của tầng khuyếch đại điện áp thứ nhất, được sử dụng để nâng cao độ ổn định theo độ cân bằng – song song với điện trở ê-mi-tơ R13 và R14 và cùng với điện trở nối chung R15.
Hiệu các tín hiệu đầu vào đã khuyếch đại được lấy ra trên các điện trở R19 và R20, được lấy từ các co-lếc-tơ của tran-si-tô T6 và T7, và được cấp tới ba-zơ của các tran-si-tô T2 và T3 của tầng khuyếch đại thứ hai, cũng được xây dựng trên sơ đồ cân bằng-song song với điện trở ê-mi-tơ R26 và R27 và nối với nhau bởi điện trở R28. Cả hai tầng khuyếch đại đều có hồi tiếp âm theo điện áp lấy từ ê-mi-tơ của các tran-si-tô mạch đầu ra trên tới ba-zơ của